Las baterías, dijo Elon Musk, son la clave del futuro. Impulsaron la revolución tecnológica que trajo al mundo los smartphones, las tabletas y los coches eléctricos. Pero la ciencia detrás de las baterías de iones de litio sigue sin cambios desde hace más de tres décadas. Las baterías que se utilizan en los vehículos eléctricos amplifican el sucio secreto que persigue a la industria.
Contienen cientos de kilogramos de metales y materiales, especialmente grafito, cobalto y níquel de alta pureza, que pueden provocar una contaminación significativa y aumentar las emisiones de CO2. La se- guridad es otra preocupación: esas baterías son propensas a incendios y explosiones.
La fuente de energía de próxima generación, la llamada capa delgada de electrolitos sólidos que reemplazan la solución líquida inflamable en las baterías de iones de litio actuales, puede almacenar energía mucho más densa.
La actividad de los electrolitos también se duplica como separador de la batería, un componente clave en una batería de iones de litio, reduciendo el riesgo de incendio y la cantidad de materias primas necesarias.
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La búsqueda por menores tiempos de recarga y un mayor kilometraje sin aumentar el costo de los paquetes de baterías y el riesgo de incendios alcanzaron un techo técnico. Es clave resolver estas limitaciones para que la revolución del coche eléctrico realmente despegue.
Las baterías de estado sólido ofrecen una solución parcial, pero con el costo potencial de la posición de Tesla como líder indiscutible del mercado de automóviles vendidos.
En promedio, los coches eléctricos to- davía son 30% más caros que los vehículos de gasolina convencionales. Pero esa diferencia se está cerrando y, dicen los analistas de UBS, que solo faltan tres años para la paridad de precios.
A partir de ahí, la demanda de vehículos eléctricos debería acelerarse aún más, lo que significa una mayor demanda de baterías.
Límites naturales
Sin embargo, los límites de la tecnología de baterías plantean problemas que podrían desacelerar la adopción masiva de los coches eléctricos. La solución líquida altamente inflamable no solo es combustible, sino que también dificulta el reciclaje y afecta los valores de reventa.
La fijación de precios es otro factor. Las mejoras en la seguridad y la densidad de energía sin aumentar el costo de los paquetes de baterías, que se encuentran en alrededor de 12,000 dólares por automóvil, alcanzaron sus límites técnicos, lo que significa que hay un piso incorporado al precio de los automóviles que utilizan baterías de iones de litio.
Además de caras y volátiles, las baterías también son voluminosas y pesadas, más de 540 kilogramos para el Tesla Model S. Su tamaño reduce el espacio para las piernas e impone otras restricciones de diseño. Este peso adicional hace que los vehículos eléctricos sean mucho más pesados que los de gasolina y, por lo tanto, requieren más potencia para cubrir el mismo kilometraje, especialmente en climas fríos. “La recarga rápida no combina bien con los electrolitos líquidos. El calor que se genera en el proceso puede dañar las baterías y aumenta totalmente el riesgo de in- cendios”, dice Brian Sheldon, profesor de la Universidad de Brown.
“Las baterías de estado sólido solucionarían ese riesgo”. Tradicionalmente, las baterías han tenido cantidades iguales de níquel, cobalto y manganeso. Pero una tendencia más reciente de la industria ha sido aumentar la proporción de níquel en la batería a más de 80% del cátodo, uno de los componentes principales.
Esto ayuda a aumentar el kilometraje y tiene el beneficio adicional de utilizar menos cobalto, lo que reduce los costos de producción. Desafortunadamente, esa nueva combinación hace que las baterías sean más volátiles.
Oferta contra demanda
Un problema adicional, para todos, desde los fabricantes de automóviles hasta los desarrolladores de smartphones, es que a medida que las baterías se convierten en un componente crítico para tantas tecnologías, la demanda de materias primas va en aumento. Esto hizo que los precios de todo subieran cada vez más en el último año.
Cuando se combina con un dólar más débil, los precios podrían subir aún más. De los metales que se utilizan, el níquel es crucial, ya que ayuda a las baterías a almacenar más energía y reduce la necesidad del cobalto, que es más caro.
Tesla representó más de la mitad de todo el níquel que se utilizó en la industria de coches eléctricos el año pasado y Musk señala su suministro como una preocupación. Aumentar la producción es difícil. Menos de la mitad del níquel que se suministra es adecuado para su uso en baterías. Los nuevos depósitos de níquel son descubrimientos poco comunes. No se puede descartar una escasez.
Tecnología de siguiente generación
Frank Blome, director del centro de celdas de batería de Volkswagen, describe las baterías de estado sólido como el “desenlace” para sus equivalentes de iones de litio.
Las baterías de estado sólido son más seguras, más baratas y se pueden usar durante más tiempo sin que disminuya su desempeño, y requieren menos materias primas. Las celdas de la batería se pueden apilar, lo que facilita su instalación en diferentes diseños de automóviles.
“Históricamente, las tecnologías de siguiente generación traen consigo una reducción drástica en el uso de materias primas. No debería ser diferente para las baterías de estado sólido”, dice Donghwan Kim, director ejecutivo de Hana Ventures.
Los prototipos sugieren que las baterías de estado sólido podrían almacenar hasta 80% más de energía que las unidades de iones de litio del mismo peso y volumen. Las baterías de estado sólido tendrán más energía a lo largo de una vida útil más larga, lo que permite la posibilidad de una batería de 1 millón de millas de duración. Eso cambiaría drásticamente los costos de propiedad de por vida y reduciría el uso de materias primas.
Auge de patentes
La fabricación de baterías de estado sólido todavía enfrenta una serie de dificultades prácticas. Si bien se han desarrollado prototipos funcionales, cada coche eléctrico de largo recorrido necesitaría al menos 20 veces la cantidad de celdas de batería, que hasta ahora se han probado en un laboratorio.
Las fábricas tendrían dificultades para producirlas a granel y actualmente cada batería costaría alrededor de 100,000 dólares para fabricar. Faltan años para la producción en masa. Pero las compañías están cada vez más cerca.
La compañía que recibe más atención es QuantumScape, una startup de Silicon Valley respaldada por Volkswagen y Bill Gates. Su objetivo es lograr la producción comercial en 2024.
Después de cotizar a través de una compañía de adquisición de propósito especial, sus acciones subieron más de 1,000% el año pasado, dándole una valoración a la compañía de casi 50,000 millones de dólares (mdd), más que General Motors.
Pero varias empresas asiáticas parecen estar en la mejor posición para hacer que las baterías de estado sólido sean una realidad. Toyota presentará un prototipo este año, que solo tardaría 10 minutos en cargarse para un recorrido de 500 kilómetros.
Su prototipo Lexus LF-30 se presentó hace dos años y ahora tiene 1,000 patentes registradas que involucran la tecnología de baterías de estado sólido. Mientras que una alternativa de Samsung ofrecería una distancia de recorrido de 800 kilómetros con una sola carga. Su tamaño sería de la mitad del de las baterías convencionales. Para estas compañías y sus inversores, las baterías de estado sólido son una apuesta lucrativa.
Samsung firmó varios contratos, entre ellos uno con BMW con un valor de 3,500 mdd para abastecer celdas de batería durante la próxima década. Para Tesla, los acontecimientos representan una amenaza. Su dominio en el mercado de vehículos eléctricos tiene tanto que ver con una mayor distancia de recorrido y los tiempos de carga de sus modelos, como con su software innovador y su mercadotecnia disruptiva.